研究内容
研究の概要
日本の基幹電源の一つである原子力発電において、安全性と信頼性確保は最重要課題です。これは、福島第一原子力発電所の事故の最も大きな教訓でもあります。
一方、日本が策定しているエネルギー基本計画(第7次)では、脱炭素電源や大容量の安定電源として原子力発電を位置づけています。
我々が主たる研究対象としている原子炉物理は、「核分裂を制御する」という、原子力安全のもっとも根幹をつかさどる学術分野であり、原子炉物理を通じて、世界最高水準の原子力安全を実現するための研究を遂行します。
中性子の挙動を予測する「原子炉物理」を中核として、原子力安全に関連する「原子炉の物理」を幅広く研究対象とします。原子炉の安全確保に寄与する確率論的リスク評価や、過酷事故解析にも取り組みます。
研究にあたっては、計算科学技術、特にデータサイエンス/AIを最大限に活用します。
研究成果が実用化されるよう、産学連携を重視しており、幅広く社会との接点を持っています。
主な研究テーマには以下のようなものが挙げられます。
主な研究と内容
A. 原子炉の高精度・高効率解析技術の開発
原子炉の安全性は、設計計算により確保されています。従って、革新的な原子炉、および現行軽水炉の炉心挙動を正確に予測することは、安全性を確保する観点から重要です。そこで、「計算科学」、「データサイエンス」、「AI」をフルに活用するとともに新しい計算アルゴリズムを開発するなど、高精度・高効率な解析手法の研究に取り組んでいます。
固有の安全性を有する高温ガス炉の核特性解析手法の開発に取り組んでいます。高温ガス炉の開発は、日本が国として現在進めています。
近年、データサイエンスの分野で注目されている「データ駆動型手法」を活用した解析手法の検討に取り組むなど、情報科学の分野の知見を積極的に取り込んでいます。
機械学習、数理的な最適化技術や人間が行う推論などを炉心の設計に応用する研究も実施しています。
GPUを用いた高速計算など、コンピュータのハードウエアと密接に関連する計算技術の開発にも取り組んでいます。
ゲームエンジンのUnityを用いたリアルタイムシミュレータの開発など、最先端のソフトウエア開発を行っています。
B. 原子炉の安全性に関する研究
原子炉の設計にあたっては、様々な条件を安全側に仮定します。これは安全余裕と呼ばれます。
安全余裕がどの程度存在するのか(定量化)は、原子炉の安全性を考える上で大変重要な課題です。我々は、解析の入力となる断面積データや計算の近似などの「不確かさ」が安全余裕にどの程度影響をあたえるかについて、定量的な評価を行う研究を進めています。
非常に複雑なシミュレーションをそのまま実行するのではなく、対象とする物理現象の本質を捉えた「次元削減モデル」により、シミュレーションの効率化を図っています。これは、データサイエンスの活用です。
福島第一原子力発電所事故に関する解析を実施し、事故対応の支援を実施しています。例えば、溶融した燃料の核特性を評価するための研究を行っています。
原子炉のリスクを評価する確率論的リスク評価、原子力プラントの安全解析、動力炉のシビアアクシデント解析についても、研究テーマとして取り組んでいます。
複数の原子炉が立地するサイトでのリスク評価など、現実的な条件における評価手法の開発に取り組んでいます。
人間信頼性(人的因子)は、安全性確保の上で重要となります。時間に伴って変化する人間信頼性を評価する手法の研究を行っています。
原子力安全の考え方を応用し、核融合安全の考え方を確立するための研究を行っています。
C. 未臨界度の測定技術の研究及び応用
核燃料を取り扱う施設では、意図しない連鎖反応を防ぐために、未臨界性の担保が極めて重要で、原子力安全の一つの基盤となります。
理論・測定・数値解析を上手く融合させることで、実測に適した未臨界度測定手法の確立を目指します。
未臨界度測定手法として、中性子の密度が時間とともに「ゆらぐ」現象に着目しています。この「ゆらぎ」は、経済学(例えば株価の変動)など他の分野でも幅広く見られる一般的な現象です。すなわち、他分野の分析手法を原子炉の未臨界度測定に対して応用したり、その逆に我々分野の手法を他分野に応用したりすることもできます。
福島第一の燃料デブリ取出作業時の未臨界度測定などにも利用できる可能性があり、事故対応に貢献できると期待しています。
